Конспект лекцій з дисципліни «Процеси у діелектриках» для студентів з напрямку підготовки 050701 «Електротехніка та електротехнології»

• Конспект лекцій з дисципліни «Електротехнічні матеріали» для студентів з напрямку підготовки, 653.08kb.
• Робоча навчальна програма з дисципліни " Електропостачання " для студентів напряму, 511.24kb.
• Кулько Тетяна Володимирівна, асистент кафедри, 229.49kb.
• О. В. Харитонов конспект лекцій з дисципліни "земельне право україни" (для студентів, 1807.04kb.
• В. О. Кодін конспект лекцій з дисципліни «Основи реконструкції історичних міст» для, 703.58kb.
• Навчальна програма дисципліни "електротехніка" для напряму підготовки: 051001 «Метрологія, 284.54kb.
• Конспект лекцій з дисципліни „ Технологія туристської діяльності" для студентів 2 курсу, 2193.28kb.
• Конспект лекцій Хмельницький, 2005 Снозик О. В. Безпека життєдіяльності, 909.72kb.
• Конспект лекцій з дисципліни «теплоенергетика» для студентів за фахом мч, мс, лв, омт, 290.65kb.
• Конспект лекцій з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106  „Екологія,, 1393.76kb.

2.2. Електричне поле всередині діелектрика. Розглянемо рис. 2.2. Напруга U у випадку рівномірного плоско-паралельного електричного поля створює в шарі діелектрика поле з напруженістю E = U/h, де h - товщина діелектрика. Розглянемо докладніше процес утворення результуючого дипольного моменту в поляризованому діелектрику. У результаті поляризації кожний мікрообсяг діелектрика, у якому розташована поляризуємою часткою, здобуває індукований електричний дипольний момент . Дипольний момент молекули є вектором, спрямованим від негативного заряду до позитивного. Чисельно він дорівнює добутку відстані між зарядами на модуль заряду. Лінійні розміри цих мікрообсягів малі й мають той же порядок, що й розміри часток – долі ангстрем. У якості поляризуємої частки діелектрика залежно від його будови будемо розуміти молекули, полярні групи, відгалуження й сегменти макромолекул для полімерів і інше. Індукований дипольний момент p0 для кожного мікрообсягу пропорційний локальній напруженості електричного поля: =α∙E`, Кл∙м де α – коефіцієнт пропорційності, що описує здатність поляризуватися для даної частки. Поляризуємість є найважливішим мікроскопічним електричним параметром діелектрика. Розмірність поляризуємості в системі СІ – [α]=[Ф∙м2]. Іноді в якості одиниці виміру дипольного моменту використовується спеціалізована одиниця виміру «дебай»(D); 1 D = 3.33∙10-30 Кл∙м. Кількісною мірою поляризації обсягу діелектрика служить поляризованість P, яка обчислюється як векторна сума індукованих дипольних моментів  усіх часток (n) в одиниці об'єму діелектрика: де ε0 = 8,84∙10-12 Ф/м – електрична стала. Усередині обсягу діелектрика й на його поверхні виникають зв'язані заряди. Якщо усередині однорідного діелектрика зв'язані заряди взаємно компенсують один одного, то на поверхнях, звернених до електродів, утворюються некомпенсовані поверхневі зв'язані заряди деякої щільності σ, Кл/м2. Знаки поверхневих зв'язаних зарядів протилежні знакам електродів. Розглянемо механізм утворення заряду Q на електродах конденсатора з діелектриком, і з яких складових складається цей заряд, рис .2.2. Уявимо, що діелектрик вилучений з конденсатора, усередині якого залишився вакуум. На електродах такого конденсатора утворюється заряд Q0, створений зовнішнім полем E0 шляхом накопичення на електродах зарядів з поверхневою щільністю σ0. При введенні в конденсатор діелектрика біля електродів з'являться поверхневі зв'язані заряди. Для компенсації дії цих зарядів від джерела живлення буде спожитий додатковий заряд Q, а повний заряд конденсатора з діелектриком стане рівним QK = Q0 + Q. Відношення QK до Q0 характеризує здатність діелектрика накопичувати енергію електричного поля у вигляді додатково зв'язаних зарядів. Цей показник називається діелектричною проникністю. Діелектрична проникність є одним з найважливіших макроскопічних електричних параметрів діелектрика. Діелектрична проникність ε кількісно характеризує здатність діелектрика поляризуватися в електричнім полі, а також оцінює ступінь його полярності; ε є константою діелектричного матеріалу при даній температурі й частоті напруги й показує, у скільки раз заряд конденсатора з даним діелектриком більше заряду конденсатора тих же розмірів з вакуумом. Діелектрична проникність - це безрозмірна величина, її значення не залежить від вибору системи одиниць. Аналізуючи взаємодію різних механізмів поляризації, нескладно оцінити залежність діелектричної проникності від частоти прикладеного напруги. При низьких частотах у реальному діелектрику задіяні всі доступні механізми поляризації. При підвищенні частоти робота релаксаційних механізмів поляризації утруднюється. При збільшенні частоти величина діелектричної проникності плавно знижується до рівня, обумовленого деформаційними механізмами поляризації. Без виводу приведемо рівняння, що зв'язує мікроскопічний показник речовини - поляризуємість α зі значенням його діелектричної проникності. Це рівняння відоме як рівняння Клаузіуса-Мосотті з уточненням Дебая: , де  - постійний дипольний момент молекули; k – постійна Больцмана, Т – температура, К., αd – поляризуємість діелектрика, обумовлена деформаційними механізмами поляризації. 2.3. Схема заміщення діелектрика. На рис.2.2. представлений підключений до джерела напруги діелектрик складного состава з різними механізмами поляризації. Його еквівалентну схему заміщення наведено на рис.2.3. До електродів підключене джерело постійної напруги U. Прикладена напруга створює в діелектрику електричне поле, на яке діелектрик реагує шляхом поляризації. На схемі заміщення позначені: C0, Q0 – ємність і заряд конденсатора у вакуумі, ці параметри не залежать від виду діелектрика; Cі, Qі – ємність та заряд обумовлений дією i-го механізму поляризації, Rdi – опору, обумовлені втратами енергії для цих механізмів поляризації. Н Рис.2.3. Діелектрик комбінованого складу з різними механізмами поляризації в електричному полі і його еквівалентна схема заміщення. априклад, для деформаційних видів поляризації цей опір дорівнює нулю, а для релаксаційних – більше нуля; Rн – активний опір ізоляції наскрізному струму витоків, який обумовлений рухом вільних заряджених часток. Таким чином, схема заміщення діелектрика містить як реактивні компоненти (ємність), що відображають здатність діелектрика накопичувати енергію електричного поля, так і активні компоненти (опору), обумовлені як втратами деяких механізмів поляризації, так і опором наскрізному струму.